射孔

5.3.完井设计的基本理论5.3.1.完井方式5.3.1.1射孔完井方式套管射孔完井是钻穿油层直至设计井深，然后下面层套管至油层底部注水泥固井，最后射孔，射孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层某一深度，建立起油流的通道。

套管射孔完井既可选择性地射开不同压力、不同物性的油层，以避免层间干扰，还可避开夹层水、底水、气顶和夹层的坍塌，具备实施分层注采和选择性压裂或酸化等分层作业的条件。

尾管射孔完井是在钻头钻至油层顶界后，下技术套管注水泥固井，而后用小一级的钻头钻穿油层至设计井深，用钻具将尾管送下并悬挂在技术套管上，尾管50，再对尾管注水泥固井，最后射孔。

尾管射和技术套管的重合段一般不小于m孔完井由于在钻开油层以前上部地层已被技术套管封固。

因此，可以采用与油层相配伍的钻井液以平衡压力、欠平衡压力的方法钻开油层，有利于保护油层。

此外这种完井方式可以减少套管重量和油井水泥的用量，从而降低完井成本。

目前较深的油，气井大多采用此方法完井。

图5.2 套管射孔完井图5.3 尾管射孔完井5.3.1.2裸眼完井方式裸眼完井的最主要特点是油层完全裸露，因而油层具有最大的渗流面积。

这种井称为水动力学完善井，其产能较高。

裸眼完井虽然完善程度高，但使用局限性很大，例如：不能克服井壁坍塌和油层出砂对油井生产的影响；不能克服生产层范围内不同压力的油、气、水层的相互干扰；无法进行选择性酸化和压裂等。

5.3.1.3割缝衬管完井方式割缝衬管完井方式是钻头钻至油层顶界后，先下技术套管注水泥固井，再从技术套管中下入直径小一级的钻头钻穿油层至设计井深。

最后在油层部位下入预先割缝的衬管，依靠衬管顶部的衬管悬挂器（卡瓦封隔器），将衬管悬挂在技术套管上，并密封衬管和套管之间的环形空间，使油气通过衬管的割缝流入井筒。

这种完井方式油层不会遭受固井水泥浆的损害，可以采用与油层相配伍的钻井液或其它保护油层的钻井技术钻开油层，当割缝衬管发生磨损或失效时也可以起出修理或更换。

5.3.1.4砾石充填完井方式它是先将绕丝筛管下入井内油层部位，然后用充填液将在地面上预先选好的砾石泵送至绕丝筛管与井眼或绕丝筛管与套管之间的环形空间内，构成一个砾石充填层，以阻挡油层砂流入井筒，达到保护井壁、防砂入井的目的。

砾石充填完井一般都使用不锈钢绕丝筛管而不用割缝衬管。

图5.4 裸眼砾石充填与套管砾石充填5.3.2.完井设计要求(1).最大限度保护储集层，防止对储层伤害(2).减小油气流入井筒内的流动阻力(3).有效封隔油气水层，防止各层间干扰(4).克服井塌或出砂，保障长期稳产，延长寿命(5).可以实施注水、压裂、酸化等增产措施(6).工艺简单、成本低图5.5 完井方法选择基本思路5.3.3射孔工艺1.射孔完井适用的地质条件(1).有气顶、或有底水、或有含水夹层、易塌夹层等复杂地质条件，因而要求实施分隔层段的储层。

(2).各分层之间存在压力、岩性等差异，因而要求实施分层测试、分层采油、分层注水、分层处理的储层。

(3).要求实施大规模水力压裂作业的低渗透储层。

(4).砂岩储层、碳酸盐岩裂缝性储层。

2.射孔工艺方法(1).电缆输送套管枪射孔工艺（WIRE CASING GUN）图5.6 套管枪正压射孔(2).油管输送射孔工艺（TUBING CORE PERFORATION）图5.7 油管传输射孔3保护油层的射孔工艺(1).采用合理负压差1200左右负压差，瞬时回波冲洗——保持Psi——生产过程中保持合理压差——根据生产动态，合理计算负压差(2).优选射孔参数（枪型、弹种、孔密、相位）——高孔密、深穿透，射孔器材上一对矛盾的合理处置——产能正比于孔密、出流压耗反比于孔密——各向异性地层、水平裂缝发育地层、泥灰岩夹层适合于高孔密，可采取大枪装小弹——各向同性地层、天然垂直裂缝发育地层、钻井液污染严重和大环隙及双层套管，适合于深穿透，可采取小枪装大弹——射孔枪身径与套管匹配符合合理间隙要求，避免穿深损失过大——相位角选择视平面、交叉、螺旋布孔格式和地层与井眼轨迹特性，可选60、90、120度——以API BEREA砂岩靶射孔评价结果、TCP与CFE乘积最大为评判依据5.3.4完井管柱一口井从上往下是由井口装置、完井管柱和和井底结构三部分组成。

井口装置的作用是悬挂井下油管柱、套管柱，密封油管、套管和套管与套管之间的环形空间以控制油气井生产、回注（注蒸汽、注气、注水、酸化、压裂和注化学剂等）和安全生产的关键设备。

图5.8 井口装置完井管柱则包括油管、套管和按一定功用组合而成的完井管柱则包括油管、套管和按一定功用组合而成的井下工具。

(1).自喷井完井管柱(2).有杆泵井完井管柱图5.11 有杆泵井完井管柱井底结构则是连接在完井管柱最下端的与完井方法相匹配的工具和管柱的有机组合体。

5.3.5完井测试完井测试的主要任务是通过地下资料的收集和分析，确定油、气层的工作价值，为油、气井正常生产和制订合理的开发方案提供可靠的依据。

测试时，要取全取准下述几方面的资料：(1).油、气、水产量；(2).原始地层压力，井口油管压力和套管压力；(3).油、气层中部温度及地热增温率；(4).油、气、水样。

5.4结合实际资料设计的无油管完井方法借鉴国内外无油管完井技术经验，下入Φ88. 9mm 油管作为生产套管，固井后套管射孔完井，生产中不再下入油管。

5.4.1固井水泥浆体系及性能优选出一种微膨胀低失水防气窜水泥浆体系，密度为1. 85~ 1. 88 g /cm3，失水低( API失水小于200 mL)，流变性能好，稠化时间为120 ~ 150m in。

5.4.2井口工具及管串附件选用Φ88. 9 mm水泥头及扶正器、扶鞋扶箍、胶塞采用威德福产品。

水泥头体积小，质量轻，具有胶塞入井显示功能。

胶塞为刚性自锁式，可防止水泥浆倒流。

应用表明，工具使用方便、安全可靠。

5.4.3固井施工工艺采用40- 17型固井车固井，下套管时用对扣器对正丝扣，涂CATTS101密封脂，使用带扭矩仪的套管钳紧螺纹，以保证密封。

螺纹扭矩符合标准；水泥采用干混工艺，加入外加剂6 次混拌；对现场套管、附件、水样、水泥样品、外加剂等进行全套性能复核试验；采用正注反挤固井工艺固井，优化施工参数(注灰排量8~ 12 L / s，顶替排量7~ 10 L / s)。

5.4.4固井质量水泥浆性能良好，严格按照固井工艺施工，气层段固井质量优良，侯凝48 h 后试压25MPa，稳压30m in，压力不降。

Φ88. 9 mm油管内径为Φ76 mm，国内的测井工具还不配套，采用斯伦贝谢专用的小井眼测井工具测三样，固井质量合格。

第6章采油工程设计6.1油管柱由节点系统分析可进行油气管柱的选择，下图是一个普通的采气管柱的设计，由封隔器，安全阀，多个流动短节等组成。

经过节点系统分析得到适合该井的采油管柱，并得出以下一些结论：(1)油管尺寸增加，井口压力增加，选用大尺寸油管可降低井筒内压力损失，产气量越高这种优势越明显。

但当产气量低时，选用大尺寸油管，这种作用甚微，单井产量过低采用大尺寸油管生产反而增加井筒内压力损失，这主要是由于井筒流体流速慢，液滴容易出现滑脱所造成。

相同条件下，随着气井生产水气比的增加，井口压力下降。

而且，随着水气比增加，井口压力下降幅度较大。

(2)从优选的过程来看，对该气井合理管柱的优选其主要作用的是管柱临界携液流量的确定，其影响着气井是否会发生井底积液，从而影响气井生产。

(3)气井发生冲蚀现象，一般发生在气井产量较高时。

当气井产量较低时，冲蚀流量的研究对管径的选择影响不大。

6.2.射孔：6.2.1射孔工艺：射孔工艺包括电缆输送套管枪射孔、电缆输送过油管射孔、油管输送射孔等，通过对几种射孔工艺方法的对比，根据该区块油藏情况，方案推荐直井采用电缆传输射孔工艺,水平井均采用油管输送射孔工艺。

6.2.2 射孔方式：负压射孔时井筒中的压力低于地层压力。

负压射孔后地层流体可立即开始流入井筒，而正压射孔虽然有助于保持井眼稳定，但射孔后完井液和其他颗粒连续进入地层，造成地层污染。

负压射孔有利于带走炮眼堵塞物，提高井眼完善程度，合理使用负压射孔可以有效的提高完井产能。

因此，该断块直井采用负压射孔方式。

6.2.3 射孔参数选择：当枪身与套管的距离间隙超过12mm时,子弹的射出速度和穿透能力将产生较大的损失。

当间隙为零时，其穿透深度比间隙为12mm时的穿透率增加15%，当间隙增大到25mm和50mm时，相应的穿透深度比间隙为12mm时降低25%和30%。

因此射孔时射孔枪必须小于12mm。

6.2.4 射孔孔眼深度：孔眼深度要求超过钻井损害带以提高油井产能。

一定范围内，产能随射孔孔眼深度的增加而增加，增加到一定程度后不再增加，但是孔眼的稳定性会随孔深的加深而变差，所以，必须保证孔眼在地层中的稳定性的前提下提高产能。

6.2.5 相位角的选定：使层位上产生的相邻孔眼间距最大化，避免孔眼间的连接带断裂，若连接带断裂分解的沙石进入孔眼，就会造成油气产量的下降，同时兼顾到产量和连接带的承受能力，选择最优相位角。

在均质地层中，90°相位角最佳；在非均质严重的地层，120°相位角最好。

在射孔密度较高情况下或在疏松砂岩地层中，60°相位角最好。

在地层各向异性严重时，应采用180°和120°的高相位射孔；而在各向异性不严重时，应采用90°、60°或45°的低相位射孔，该地层高密度射孔，在含油的沙河街组地层中上部大段褐灰色泥岩夹浅灰色灰质砂岩、灰褐色白云质灰岩，下部深灰色泥岩、灰褐色油斑中砂岩、灰质砂岩、浅灰色粉砂岩，不同岩性的岩石分布相对独立，射孔井段较为匀质，综合考虑该油层多方因素，直井射孔井段采用60°的相位角。

6.2.6 射孔密度一定程度上，产能随着孔眼密度的增大而增大,当孔眼密度增大到一定程度后，孔密的增加不会明显增加产能，这里有一个产能的最大值，也就是所选得孔眼密度。

针对该地层低渗特点，采用高密度射孔，尽量打开油层与井眼的联通通道，保障原油顺利流通。

根据射孔分析射孔密度与产能比的图线关系选择20孔/m的射孔密度。

6.2.7 射孔负压差值的确定：负压差射孔时，首先应考虑确保孔眼完全清洁所必须满足的负压差值。

若负压差值偏低，便不能保证孔眼完全清洁畅通，降低了孔眼的流动效率。

但若负压差值过高，有可能引起地层出砂或套管被挤毁。

因此，必须科学合理地确走所需的负压差值。

合理负压值可根据室内射孔岩心靶负压试验，经验统计准则或经验公式确定。

但目前最流行的是美国Conoco公司的计算方法：采用以下公式计算：ΔPrec＝0.2ΔPmin＋0.8ΔPmax。

根据油气层渗透率，确定最小负压值ΔminΔPmin(油井）＝2.17 / K0.3确定最大负压差值ΔPmax；ΔPmax(油井）＝0.8×套管抗挤毁压力式中 K—渗透率，μm2；ΔPmin─—最小负压差值，MPa；ΔPmax─一最大负压差值， MPa；ΔPrec─—合理负压值，MPa。